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无源探头和有源探头有什么不同

  发布时间: 2022-04-27      浏览量:248
无源探头,有源探头

  无源探头和有源探头

  通常每个示波器通道会标配一个高阻抗无源探头。相比有源探头而言,无源探头更坚固、更便宜。示波器输入端接1 M的阻抗时,它们能提供宽动态范围和超过500 MHz的带宽。

  对于是否需要标准无源探头以外的其他探头,您可能会碰到一个难题。考虑到标准的无源探头是针对大范围探测连接而设计的通用工具,如果要测量具有快速上升/下降时间的高速信号,建议采用具有足够带宽的有源探头。同样,差分或电流信号的测量也好采用有源差分或电流探头。因此,可以考虑专用的或在小范围内有更好表现的有源探头。

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  单端、差分或多模

  示波器在测量信号时以一个公共参考点(即接地)作为基准。使用示波器和标准单端探头测得的信号,等于被测器件的特定点与接地之间的电势差。

  如果您需要测量电路中不同元器件上的电压,而这些元器件未与接地连接,那么您需要进行差分测量。对此,您需要使用差分探头。由于差分探头内的差分放大器会放大两个探测点之间的信号差,因此,它会抑制两点上共有的电压,并将两个点之间的电势差提取到示波器的输入。

  差分探头是高带宽示波器用户的常用工具,但该探头很难显示组成差分信号的单独分量。为了测量差分信号的单端和共模分量,用户迫切需要一款具有高速数据信号测量功能的示波器探头。

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  带宽

  示波器和探头的带宽被定义为幅度降低3dB时的频率响应。大多数带宽指标为1 GHz或更低的示波器或探头通常具有所谓的高斯响应,在-3dB频率约三分之一处开始呈现缓慢的滚降特性。带宽指标超过1 GHz的示波器通常具有平坦的频率或砖墙响应,并在-3dB点附近具有更为陡峭的滚降特性。

  根据经验,探头(或示波器)带宽应大于或等于您系统上快信号带宽的3倍到5倍,以免造成信号频率分量的衰减。因此,您必须首先确定哪些是具体信号的快上升或下降时间,并从中推算出信号带宽。如果您参考的是特定的通信标准,那么您应该能够找到该标准对于快上升/下降时间做出的规定。确定快上升/下降时间之后,请使用以下公式,根据您所采用的阈值来确定信号的带宽。

  探头负载

  当您将示波器探头与电路相连接时,探头成为被测电路的一部分,探头的电气特性会对整个测量系统的响应和被测器件的操作带来影响。探头将电阻、电容和电感负载引入到被测器件。

  在探头负载的这三个来源中,电容性负载往往麻烦,它会影响到带宽、上升或下降时间和延迟。电容性负载通常会改变被测波形的形状。

  这里有一个被测器件的图表和与被测器件相连的探头的简化电气模型。在理想情况下,V输入(探头输入端的电压)应当与V源(被测器件在探测之前的电压)相同。在现实中,由于探头与被测器件相连,被测器件和探头的阻抗决定了探头输入端的电压。这是一个简单的电阻分压器电路。

  探头噪声

  许多工程师都关注探头/示波器的固有噪声对测量的影响。有多种因素会对测量的噪声系数产生影响。不过,您要考虑的一个重要的特性是信噪比。通常,探头的衰减比越小,会导致信噪比越高、噪声越低,但同时,它会带来较低的输入电阻、较低的动态范围和较低的共模范围等。这之间有一些权衡。评测探头噪声量的一种简单方法是检查衰减比和探头数据表或手册中规定的探头的噪声电平。

  探针附件

  测量系统的性能由其薄弱的环节决定。示波器或探头的带宽始终是关键的技术指标,但是,测量系统不只有示波器和探头。

  事实上,示波器往往不是测量系统中薄弱的环节。测量系统还包括探头、电缆、连接器和夹具。这些元素中的每一个都有可能比示波器带来更大的带宽损耗。而与探头和探头附件不一样的是,电缆和连接器通常具有非常低的损耗。

  探头响应校正

  对于高带宽有源探头而言,探头响应校正已变得日渐普遍。探头常见的校正方法是直流调整,它又引起探头的直流增益和偏置的调整。这种方法已用于大量的无源和有源探头,以便对直流增益和偏置系数实施妥善补偿。

  随着示波器性能提升到几GHz水平,直流校正方法不足以用于高频响应的表征和校正。交流校正是指随着频率变化的校正方案,旨在调整探头的交流响应特性,使之与理想探头的特性一致,所具有的平坦频率响应达到其额定带宽(-3dB点)。在探头、探头前端附件和示波器的发展过程中,制造商准确地测量多个器件的S参数,对其特性求平均值,并创建出代表常见探头和示波器系统的校正过滤器。这种形式的校正使得标称校正的准确度显著提升,且不会给示波器用户带来其他任何不便。

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